RU2088741C1 - Bottomhole shock absorber - Google Patents

Abstract

FIELD: devices for damping vibrations in drilling, mainly, horizontal sections of development and exploratory wells. SUBSTANCE: device has body, stem and flexible member located between them in form of filler of small length with pistons at its ends for interaction with stem, and filler of large length with pistons installed in its ends and having flanges. Installed on outer surface of filler of large length is flexible shell. Stem in place of interaction with filler of small length has thin-walled section and collars for interaction with pistons of small-length filler. High-load action of shock absorber causes relative motion of body and stem resulting in interaction of piston flanges of large-length filler with flanges of small-length filler pistons. This brings about change in characteristic of flexible member to raise the bearing capacity. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначено для преимущественного использования при проводке горизонтальных участков эксплуатационных и разведочных скважин. The invention relates to the drilling of oil and gas wells and is intended for predominant use when conducting horizontal sections of production and exploratory wells.

Известны амортизаторы, включающие оболочку с поршнями, в которых дополнительные поршни выполнены в виде телескопических втулок с фланцами, взаимодействующих с поршнями, и упорами в виде стаканов, обхватывающих с двух противоположных торцов оболочку [1]
Недостатком этих амортизаторов является наличие упоров в виде стаканов, что делает невозможным использование такого амортизатора в качестве упругого элемента забойного амортизатора в связи с ограничением его диаметральных размеров.Known shock absorbers, including a shell with pistons, in which additional pistons are made in the form of telescopic bushings with flanges that interact with the pistons, and stops in the form of glasses, wrapping around the shell from two opposite ends [1]
The disadvantage of these shock absorbers is the presence of stops in the form of glasses, which makes it impossible to use such a shock absorber as an elastic element of the downhole shock absorber due to the limitation of its diametrical dimensions.

Известен забойный амортизатор, включающий корпус, ствол с нижним упором, расположенные в полости между ними одна над другой ступени упругих элементов, подвижную втулку и узел передачи крутящего момента [2]
Недостатком известного устройства является наличие дополнительной ступени, что увеличивает длину забойного амортизатора, чем значительно сужает его функциональные возможности, т.е. делает невозможным использовать забойный амортизатор значительной длины в искривленных скважинах и при бурении горизонтальных участков нефтяных скважин.Known downhole shock absorber, comprising a housing, a barrel with a lower stop, located in the cavity between them one above the other steps of the elastic elements, a movable sleeve and a torque transmission unit [2]
A disadvantage of the known device is the presence of an additional stage, which increases the length of the downhole shock absorber, which significantly reduces its functionality, i.e. makes it impossible to use a downhole damper of considerable length in deviated wells and when drilling horizontal sections of oil wells.

Целью изобретения является устранение упомянутых недостатков, т.е. расширение функциональных возможностей забойного амортизатора. The aim of the invention is to remedy these drawbacks, i.e. expanding the functionality of the downhole shock absorber.

Цель достигается тем, что в известном забойном амортизаторе, включающем корпус, ствол и расположенный в полости между ними упругий элемент в виде наполнителя малой длины с поршнями по торцам, установленного с возможностью взаимодействия со стволом, и наполнителя большей длины с установленными по торцам поршнями, имеющими фланцы, и упругой оболочкой на наружной поверхности, ствол выполнен с тонкостенным участком, образующим упругую оболочку для наполнителя малой длины и имеет бурты для взаимодействия с поршнями последнего, причем поршни наполнителя большей длины расположены с возможностью взаимодействия их фланцев с торцами поршней наполнителя меньшей длины при относительном осевом перемещении корпуса и ствола, вызванным воздействием повышенной осевой нагрузки. The goal is achieved in that in the well-known downhole shock absorber, comprising a housing, a barrel and an elastic element located in the cavity between them in the form of a short filler with pistons at the ends, which is installed to interact with the barrel, and a longer filler with pistons installed at the ends, having flanges, and an elastic shell on the outer surface, the barrel is made with a thin-walled section forming an elastic shell for a short filler and has collars for interaction with the pistons of the latter, and the pistons longer filler are arranged with the possibility of interaction of their flanges with the ends of the filler pistons of a shorter length with relative axial movement of the housing and the barrel, caused by the impact of increased axial load.

На чертеже изображен забойный амортизатор в частичном осевом разрезе. The drawing shows a downhole shock absorber in partial axial section.

Забойный амортизатор состоит из переходника 1, в котором смонтировано уплотнение 2 корпуса 3 и ствола 4. Межкорпусом и стволом размещен упругий элемент 5, содержащий упругую оболочку 6 на наружной поверхности наполнителя 7 большей длины, наполнитель 8 малой длины с поршнями 9 по торцам наполнителя большей длины и имеющие фланцы 11. The downhole shock absorber consists of an adapter 1, in which a seal 2 of the housing 3 and the barrel 4 is mounted. An elastic element 5 is placed between the housing and the barrel, comprising an elastic shell 6 on the outer surface of the filler 7 of greater length, filler 8 of short length with pistons 9 along the ends of the filler of greater length and having flanges 11.

Ствол 4 выполнен с тонкостенным участком 12, образующим упругую оболочку для наполнителя 8 малой длины. Ствол имеет бурт 13 в верхней части, снабжен муфтой 14, образующей нижний бурт ствола 4 и имеет ограничитель 15, ввинченный в профильную часть 16 ствола. На нижней части корпуса 3, расположена профильная втулка 17, которая с профильной частью 16 ствола образует узел передачи крутящего момента. The barrel 4 is made with a thin-walled section 12, forming an elastic shell for the filler 8 of small length. The barrel has a shoulder 13 in the upper part, is equipped with a clutch 14 forming the lower shoulder of the barrel 4 and has a stop 15 screwed into the profile part 16 of the barrel. On the lower part of the housing 3, there is a profile sleeve 17, which with the profile part 16 of the barrel forms a torque transmission unit.

Работает забойный амортизатор следующим образом. The downhole damper operates as follows.

С навинченным на профильную часть 15 ствола переходником и долотом (на чертеже не показаны) забойный амортизатор спускают в скважину на бурильных трубах. При этом переходником 1 забойный амортизатор подсоединяют к утяжеленным бурильным трубам или к валу забойного двигателя (в зависимости от способа бурения). В нагруженной осевой нагрузкой забойном амортизаторе профильная часть 16 ствола перемещаясь в осевом направлении относительно профильной втулки 17 заставляет поршни 10 сближаться. При этом, посредством наполнителей 7 и 8, продольные перемещения поршней трансформируются в радиальные перемещения оболочки 6 и тонкостенного участка 12 ствола 4, которые накапливают энергию в пределах упругих деформаций, а при снижении импульса нагрузки возвращают подвижные части забойного амортизатора в исходное положение. With the adapter screwed on the profile part 15 of the barrel and a bit (not shown in the drawing), the downhole damper is lowered into the well using drill pipes. In this case, the adapter 1 downhole shock absorber is connected to a weighted drill pipe or to the shaft of a downhole motor (depending on the method of drilling). In the downhole damper loaded by the axial load, the profile portion 16 of the barrel moving axially relative to the profile sleeve 17 causes the pistons 10 to approach. In this case, by means of fillers 7 and 8, the longitudinal movements of the pistons are transformed into radial movements of the shell 6 and the thin-walled section 12 of the barrel 4, which accumulate energy within elastic deformations, and when the load impulse decreases, the movable parts of the downhole damper are returned to their original position.

В случае увеличения осевой нагрузки поршни 10 исчерпывают запас хода и своими фланцами 11 упираются в торцы поршней 9, которые двигаясь совместно с поршнями 10 увеличивают площадь сечения поршней, чем достигается изменение характеристики упругого элемента 5. Другими словами изменения (увеличивается) несущая способность упругого элемента. In the case of an increase in axial load, the pistons 10 exhaust the range and their flanges 11 abut against the ends of the pistons 9, which together with the pistons 10 increase the cross-sectional area of the pistons, thereby achieving a change in the characteristic of the elastic element 5. In other words, the load-bearing capacity of the elastic element (increases).

При работе упругого элемента в режиме меньшей жесткости, т.е. когда поршни 10 еще не исчерпали своего хода и наполнитель 8 давит на торцы поршней 9, перемещение последних ограничено упорами 13 и 14 ствола 4. В случае, исполнения забойного амортизатора, когда ствол 4 и муфта 14 выполнены за одно целое, а поршни 10, разрезанными вдоль образующей, принцип работы устройства не изменяется. Меняется лишь технология сборки. Такое выполнение забойного амортизатора обеспечивает достижение поставленной цели, т.к. расширяет диапазон воспринимаемых нагрузок и повышает деформативность несущих звеньев упругого элемента за счет дополнительной деформации упругого участка ствола, что позволило значительно сократить длину упругого элемента при сохранении его жесткости. When the elastic element is in the lower stiffness mode, i.e. when the pistons 10 have not yet exhausted their travel and the filler 8 presses on the ends of the pistons 9, the movement of the latter is limited by the stops 13 and 14 of the barrel 4. In the case of a downhole damper, when the barrel 4 and the coupling 14 are made in one piece, and the pistons 10 are cut along the generatrix, the principle of operation of the device does not change. Only the assembly technology is changing. This embodiment of the downhole shock absorber ensures the achievement of the goal, because expands the range of perceived loads and increases the deformability of the bearing links of the elastic element due to additional deformation of the elastic section of the barrel, which significantly reduced the length of the elastic element while maintaining its rigidity.

Значительное сокращение длины забойного амортизатора дает возможность использовать его в искривленных стволах скважин, а также при проходке их горизонтальных участков при вскрытии нефтегазоносных горизонтов. A significant reduction in the length of the downhole shock absorber makes it possible to use it in curved wellbores, as well as when driving their horizontal sections when opening oil and gas horizons.

Claims (2)

1. Забойный амортизатор, включающий корпус, ствол и расположенный в полости между ними упругий элемент в виде наполнителя малой длины с поршнями по торцам, установленного с возможностью взаимодействия со стволом, и наполнителя большей длины с установленными по торцам поршнями, имеющими фланцы, и упругой оболочкой на наружной поверхности, отличающийся тем, что ствол выполнен с тонкостенным участком, образующим упругую оболочку для наполнителя малой длины, и имеет бурты для взаимодействия с поршнями последнего, причем поршни наполнителя большей длины расположены с возможностью взаимодействия их фланцев с торцами поршней наполнителя меньшей длины при относительном осевом перемещении корпуса и ствола, вызванном воздействием повышенной осевой нагрузки. 1. Downhole shock absorber, comprising a housing, a barrel and an elastic element located in the cavity between them in the form of a short length filler with pistons at the ends installed to interact with the barrel, and a longer length filler with pistons having flanges installed at the ends and an elastic shell on the outer surface, characterized in that the barrel is made with a thin-walled section forming an elastic shell for a short filler, and has collars for interaction with the pistons of the latter, the filler pistons being proc eed length arranged to cooperate with the ends of the flanges of the filler piston with shorter length relative axial movement of the housing and barrel caused by the influence of high axial loads. 2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что бурты ствола выполнены заодно с последним, а поршни, расположенные по торцам наполнителя меньшей длины, разрезными. 2. The shock absorber according to claim 1, characterized in that the collars of the barrel are made integral with the latter, and the pistons located at the ends of the filler of a shorter length are split.